中职化学2022-2023学年——核磁共振课件

核 磁 共 振 Nuclear Magnetic Resonance NMR 核磁共振(NMR) 现象的发现 1945年 Purcell Stanford 大学 F. Bloch 小组 Harvard 大学 E. M. Purcell 小组 F. Bloch E. M. Purcell 对NMR 作出贡献的12位Nobel 奖得主 Richard R. Ernst 唯一一位因为在核磁共振方面的突出贡献获而得Nobel 化学奖的科学家 Fourier transformation and pulse techniques in NMR spectroscopy Multidimensional NMR 2002 年的诺贝尔化学奖之一半授予了Kurt Wüthrich 博士,以表彰他在应用核磁共振技术获得生物大分子三维结构方面所做出的卓越贡献。 http :/ / www. mol. biol. ethz. ch/ wuthrich/ people/ kw/ cv2en. html 2003年10月6日，瑞典卡罗林斯卡医学院宣布，2003年诺贝尔生理学或医学奖授予美国化学家-{保罗·劳特布尔}-（Paul C. Lauterbur）和英国物理学家彼得·曼斯菲尔德（Peter Mansfield），以表彰他们在医学诊断和研究领域内所使用的核磁共振成像技术领域的突破性成就。 用核磁共振层析“拍摄”的脑截面图象 第一阶段 1945 ~ 1946年：F. Bloch和E. M. Purcell 两个小组几乎同时发现 NMR 现象 1950年代初：NMR首次应用于有机化学 1960年代初：Varian Associates A60 Spectrometer 问世，NMR 开始广泛应用 NMR 的发展 第二阶段 1970年代：Fourier Transform 的应用 13C-NMR技术（碳骨架） 第三阶段 1980年代：Two-dimensional (2D) NMR 诞生（COSY，碳骨架连接顺 序，非键原子间距离，生物 大分子结构，……） 应用领域广泛 核磁共振谱 有机化学、生物化学、药物化学、 物理化学、无机化学研究，以及多种工业部门，…… 核磁共振成像 临床医学 3.1 核磁共振基本原理 核磁共振 强磁场中原子核的自旋运动 无线电波电磁辐射 3.1.1 原子核的自旋和自旋磁矩 原子核的自旋运动：自旋量子数（I） 原子的质量数(A) 和原子序数(Z) 自旋量子数I = 0 的原子核：没有自旋运动自旋量子数I≠0 的原子核：都有自旋运动 Larmor进动 自旋运动 自旋量子数I≠0 的原子核 磁性核 都有自旋运动 自旋磁矩（µ） µ=γ×P 核磁共振现象 γ为旋磁比 1H 26.7519 ×10 7T-1 s-1 13C 6.7283 ×107T-1 s-1 γ值越大，核的磁性越强，检测灵敏度越高 自旋角动量（P） 自旋磁矩 μ I=1/2的原子核自旋时核外电子云呈球形分布，核磁共振谱线窄，适宜于核磁共振检测。 I>1/2的原子核自旋时核外电子云呈非均匀分布，信号复杂，难以检测。 核磁共振信号强度与被测原子的天然丰度和磁旋比的立方成正比。 结合天然丰度和磁旋比，适宜于核磁共振检测的原子核有：1H, 13C, 19F, 31P, 15N等。 P98 13C的相对灵敏度是1H的1/6300。 3.1.2 自旋核在磁场中的取向和能态 自旋量子数为I的核在外磁场中的自旋状态有：2I + 1 种 其自旋磁矩的空间取向：2I + 1 种 自旋磁量子数( m ) m = I, I −1, ···, −I 等。 各自旋状态的能量为 对于I=1/2的核 I为1/2 的核的两个核磁能级的能量差与外磁场的关系 　　在外磁场作用下，当用射频波照射磁核时，如果射频波的频率与该核的回旋频率相等，射频波的能量就会被该磁核吸收，核的自旋取向就会由低能态跃迁到高能态，即发生核磁共振(NMR)。 射频波的 相邻核磁能 能量 级的能量差 射频波频率=Larmor频率 B0 一定时 不同的核， γ不同，ν不同 3.2 核磁共振仪与实验方法 NMR spec